(57)【要約】【課題】第１の金属と第２の金属とを有するバンプを備える半導体装置において、第１の金属が半導体基板上のボンディングパッドと直接接続されていることにより、応力が直接伝わり、半導体基板にクラックを発生させていた。【解決手段】第１の金属の周囲を第２の金属が全周にわたり切れ目なく覆う構造であるとともに、ボンディングパッドと第２の金属とが接続する構造である。第１の金属とボンディングパッドとが直接接続されていないため、第１の金属からの圧縮応力と、実装基板に加熱実装する際の実装基板と半導体基板との熱膨張率が異なることによる応力とが、直接伝わらず、半導体基板にクラックを発生させることはない。第１の金属と第２の金属とは、融点の異なる金属をメッキ法で連続形成することで、バンプとボンディングパッドとの間の接触抵抗や接着強度を低下させずにバンプを形成することができる。【選択図】  図１
2005222966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングパッド上に形成し、第１の金属と第２の金属とを有するバンプを備える半導体装置において、
前記第１の金属の周囲を前記第２の金属が全周にわたり切れ目なく覆う構造であるとともに、前記ボンディングパッドと前記第１の金属との間に前記第２の金属を有する構造であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の金属は、前記第１の金属の周囲を全て覆い、その外形形状は段差および凹凸のないなめらかなキノコ型である事を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の金属と前記第２の金属とは、融点の異なる金属を用いることを特徴とする請求項１から２のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッドの上部に第１の金属と第２の金属とを有するバンプを形成する半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属と前記第２の金属とをメッキ法を用いて連続して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜に開口部を設ける工程と、前記開口部の前記ボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、前記共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂に開口部を設ける工程と、前記感光性樹脂の開口部に、メッキ法を用いて第２の金属、第１の金属、第２の金属の順で連続形成する工程と、前記感光性樹脂を剥離除去したのち、前記第１の金属と前記第２の金属との積層金属をマスクとして、前記共通電極膜をエッチング除去する工程と、前記第２の金属の融点以上の温度で前記第２の金属を融解し、前記第２の金属の表面張力を利用して前記第１の金属の周囲に前記第２の金属を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜に開口部を設ける工程と、前記開口部の前記ボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、前記共通電極膜の上部に第１の感光性樹脂を形成する工程と、前記第１の感光性樹脂に第１の開口部を設ける工程と、前記第１の開口部に、メッキ法を用いて、第２の金属を形成する工程と、前記第２の金属の上部に第２の感光性樹脂を形成する工程と、前記第２の感光性樹脂に第２の開口部を形成する工程と、前記第２の開口部にメッキ法で第１の金属を形成する工程と、前記第２の感光性樹脂を剥離除去したのち、メッキ法で第２の金属を形成する工程と、前記第１の感光性樹脂と前記第２の感光性樹脂とを剥離除去したのち、前記第１の金属と前記第２の金属との積層金属をマスクとして、前記共通電極膜をエッチング除去する工程と、前記第２の金属の融点以上の温度で前記第２の金属を融解し、前記第２の金属の表面張力を利用して前記第１の金属の周囲に前記第２の金属を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、詳しくは、半導体装置のボンディングパッド上のバンプの構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置上に設けるバンプは、半導体装置と半導体装置を実装する実装基板とを電気的に接続する役割を持っている。バンプは突起電極とも呼ばれ、通常金属で構成する。半導体装置のボンディングパッドなどの電極上に形成し、このバンプを介して半導体装置と実装基板とを接続する。
【０００３】
半導体装置と実装基板とをバンプを介して接続する場合、半導体装置が破壊してしまうという問題がある。図を用いて説明する。図１２は、一般的なキノコ型バンプ構造を有するバンプを設置した半導体装置を実装基板に接続した後に、半導体基板にクラックが発生した様子を示した断面図である。
１１は半導体基板、１２は絶縁膜、１３はボンディングパッド、１４はパッシベーション膜、１５は共通電極膜、１６は第１の金属、１７は第２の金属、１９はバンプ、５１は実装基板、５２は実装パッド、５３はソルダーレジスト、３１はクラックである。バンプ１９は第１の金属１６と第２の金属１７とで構成している。
【０００４】
半導体基板１１と所望の位置に形成されたボンディングパッド１３とは絶縁膜１２によって電気的に絶縁されている。
半導体基板１１上には、パッシベーション膜１４が成膜されている。パッシベーション膜１４は、バンプ１９が形成される箇所に開口部が設けてある。
さらに、第１の金属１６と第２の金属１７とをメッキ法で形成する際の共通電極膜１５が成膜してある。第１の金属１６は共通電極膜１５を介して、ボンディングパッド１３に接続されている。
【０００５】
実装基板５１には実装パッド５２が形成されており、ソルダーレジスト５３が実装パッド５２にオーバーハング形状で形成されている。
【０００６】
このような構成のバンプ１９を用いた半導体装置を実装基板に接続する工程において、クラック３１が生じてしまう。
バンプ１９を構成する第１の金属１６に圧縮応力が大きい金属を用いた場合やそのような金属を厚膜で設置した場合、ボンディングパッド１３から半導体基板１１の内部に向けて圧縮応力が伝わり、クラック３１が生じる。
半導体装置と実装基板とをバンプを介して接続する工程には熱処理の工程も含まれている。その際、第２の金属１７の融点以上の温度にさらされる。半導体基板１１の熱膨張率と実装基板５１の熱膨張率とが異なる場合、常温に戻る際に熱歪みにより応力が発生する。この応力は第１の金属１６から共通電極膜１５を介して直接ボンディングパッド１３に伝わり、半導体基板１１にクラック３１を発生させてしまう。
【０００７】
すなわち、バンプを構成する金属の持つ圧縮応力と半導体基板の熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数とがそれぞれ異なるために、熱による歪み応力がバンプに集中する。このため、バンプ内部やボンディングパッド下部の半導体基板内にクラックを生じてしまう。
したがって、半導体装置と実装基板とを接続する際に半導体装置の破壊を防止するには、この応力を緩和する必要がある。
【０００８】
クラック３１は、半導体装置の電気特性を悪化させる。すなわち、リーク電流の発生や電気的接続不良などの不具合を生じる。これらの不具合は、実装信頼性を大きく低下させるために、解決すべき重要な問題となっている。
【０００９】
半導体装置の実装工程においてのクラックの発生を防止するため、多くの提案がなされている。例えば、バンプにかかる熱による歪み応力の集中を緩和するために、半導体基板と実装基板の間に樹脂を設置する方法や、実装基板の熱膨張係数を半導体基板の熱膨張係数に近づける工夫などである。
しかしながら、バンプ内部の応力を緩和する構造の提案は少ない。バンプの内部の応力を緩和したバンプの構造の例は、そのバンプ内部を分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
特許文献１に示した従来技術を図を用いて説明する。図１３は特許文献１に示した従来技術のバンプ構造を示す断面図である。１１は半導体基板、１３はボンディングパッド、１４はパッシベーション膜、１５は共通電極膜、４０は第１の絶縁膜、４１は第２の絶縁膜、１６は第１の金属、１７は第２の金属であり、１９はバンプである。バンプ１９は第１の金属１６と第２の金属１７とからなる。
【００１１】
特許文献１に示した従来技術では、第１の金属を銅金属、第２の金属１７にハンダを用いている。共通電極膜１５には銅の金属膜を用いている。
【００１２】
半導体基板１１の上に第１の絶縁膜４０を設け、さらにその上部にボンディングパッド１３を形成している。ボンディングパッド１３の上部に第２の絶縁膜４１を設ける事により、バンプ１９内部の第１の金属１６を分割してボンディングパッド１３の上部に配置している。
このような構成とすることで、個々の第１の金属１６とパッシベーション膜１４とのオーバーラップ部分に加わる応力が小さくなり、半導体基板１１などのクラックの発生が防止されるというものである。
【００１３】
【特許文献１】特開平５−１３４１８号公報（第３−４項、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に示した従来技術は、ボンディングパッド１３上部に配置したバンプ１９の内部の第１の金属１６を分割して設けることで、ボンディングパッド１３にオーバーラップして形成されているパッシベーション膜１４への応力を低減する効果はあるものの、第１の金属１６を分割するために設けた第２の絶縁膜４１により、ボンディングパッド１３とバンプ１９との接触面積が低下し、バンプ１９とボンディングパッド１３間の接触抵抗を高くしてしまうという問題があった。
【００１５】
詳しく説明する。バンプ１９とボンディングパッド１３間との接触抵抗は、バンプ１９とボンディングパッド１３との接触面積で決まる。特許文献１に示した従来技術では、バンプ１９とボンディングパッド１３との接触面積は、共通電極膜１５を介して第１の金属１６とボンディングパッド１３との接触面積になる。
特許文献１に示した従来技術では、バンプ１９内部の第１の金属１６をボンディングパッド１３上部に分割して設置するために、第２の絶縁膜４１をボンディングパッド１３の上部に形成しなければならない。第２の絶縁膜４１は、バンプ１９とボンディングパッド１３との間の接触面積を低下させるため、接触抵抗は高くなる。
実装基板に装着された半導体装置は、バンプ１９とボンディングパッド１３との接触抵抗が高くなると、半導体装置を構成する半導体素子の動作遅延や誤動作を生じてしまう。
したがって、特許文献１に示した従来技術は、高速動作する半導体装置には適応できないといった問題がある。
【００１６】
また、特許文献１に示した従来技術では、第１の金属１６はメッキ法で形成された銅金属からなる。メッキ法で形成された銅金属は成膜過程において圧縮応力が発生する。この銅金属の圧縮応力は共通電極膜１５を介してボンディングパッド１３に伝わり、ボンディングパッド１３の下部にクラックを生じさせてしまう。
特許文献１に示した従来技術では、第２の絶縁膜４１を設ける事により第１の金属１６を分割することで応力の緩和を行っているものの、メッキ法を用いて第１の金属１６を形成する際の問題は、なんら対策されていないのである。メッキ法を用いてバンプを形成することは広く用いられている技術であるから、バンプの形成にメッキ法が使用できないということは大きな問題である。
【００１７】
近年、半導体装置の微細化傾向に合わせてボンディングパッドの微細化も進んでいる。特許文献１で示した従来技術では、バンプ１９内部の第１の金属１６を分割するために、バンプ１９の形状が大きくなってしまい、半導体装置の微細化の要求には対応することができない。
【００１８】
さらに、半導体装置と実装基板間のギャップを確保しなければならない実装形態の場合、第１の金属１６を厚くしなければならない。ギャップは半導体装置と実装基板間との隙間のことで、半導体装置を実装基板に接続後に半導体装置の接続信頼性を確保するために樹脂を流し、封止するために必要となる。特許文献１に示した従来技術では、第１の金属１６を厚くすると、その形状は柱状となってしまい、バンプ１９のボンディングパッド１３との接着強度が著しく低下してしまうといった問題がある。
【００１９】
特許文献１に示した従来技術の問題点をまとめると次のようになる。バンプ１９とボンディングパッド１３との接触抵抗が大きくなってしまい、高速動作する半導体装置には適用できないという問題と、第１の金属１６から直接ボンディングパッド１３に応力が伝わってしまい、依然として応力発生の問題を解決できていないという問題と、微細な半導体装置には適用できないという問題と、半導体装置と実装基板間のギャップを確保しなければならない実装形態の場合に、バンプ１９とボンディングパッド１３との接着強度が低下するという問題とがある。
この問題を解決するために、本発明の目的は、応力による半導体装置の破壊を防止するとともに、半導体装置の高速化や微細化にも適用でき、バンプとボンディングパッドとの接着強度が低下しない半導体装置のバンプ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置とその製造方法は次のような構造を採用する。
【００２１】
本発明の半導体装置は、ボンディングパッド上に形成し、第１の金属と第２の金属とを有するバンプを備える半導体装置において、第１の金属の周囲を第２の金属が全周にわたり切れ目なく覆う構造であるとともに、ボンディングパッドと第１の金属との間に第２の金属を有する構造であることを特徴とする。
【００２２】
第２の金属は、第１の金属の周囲を全て覆い、その外形形状は段差および凹凸のないなめらかなキノコ型である事を特徴とする。
【００２３】
第１の金属と第２の金属とは、融点の異なる金属を用いることを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、ボンディングパッドの上部に第１の金属と第２の金属とを有するバンプを形成する半導体装置の製造方法において、第１の金属と前記第２の金属とをメッキ法を用いて連続して形成することを特徴とする。
【００２５】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜に開口部を設ける工程と、開口部のボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、共通電極膜の上部に感光性樹脂を形成する工程と、感光性樹脂に開口部を設ける工程と、感光性樹脂の開口部に、メッキ法を用いて第２の金属、第１の金属、第２の金属の順で連続形成する工程と、感光性樹脂を剥離除去したのち、第１の金属と第２の金属との積層金属をマスクとして、共通電極膜をエッチング除去する工程と、第２の金属の融点以上の温度で第２の金属を融解し、第２の金属の表面張力を利用して第１の金属の周囲に第２の金属を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００２６】
半導体基板の上部にボンディングパッドを形成する工程と、ボンディングパッドの上部にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜に開口部を設ける工程と、開口部のボンディングパッドの上部に共通電極膜を形成する工程と、共通電極膜の上部に第１の感光性樹脂を形成する工程と、第１の感光性樹脂に第１の開口部を設ける工程と、第１の開口部に、メッキ法を用いて第２の金属を形成する工程と、第２の金属の上部に第２の感光性樹脂を形成する工程と、第２の感光性樹脂に第２の開口部を形成する工程と、第２の開口部にメッキ法で第１の金属を形成する工程と、第２の感光性樹脂を剥離除去したのち、メッキ法で第２の金属を形成する工程と、第１の感光性樹脂と第２の感光性樹脂とを剥離除去したのち、第１の金属と第２の金属との積層金属をマスクとして、共通電極膜をエッチング除去する工程と、第２の金属の融点以上の温度で第２の金属を融解し、第２の金属の表面張力を利用して第１の金属の周囲に第２の金属を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の半導体装置は、半導体装置に設置したバンプを構成する第１の金属の周囲を第２の金属が切れ目なく囲う構造を有している。このため、第１の金属がボンディングパッドに直接接触していないため、第１の金属が持つ内部応力がボンディングパッドに直接伝わらない。さらに、第１の金属はコアとしての強度を保つために、実装工程において半導体装置と実装基板との接着に際してもバンプとしてその形状変化を実用上問題ない程度で維持し、バンプとしてその強度を保つことができる。
本発明における特徴はまさにこの点である。バンプ内で発生する応力をボンディングパッドに伝達しないという特徴とともに、バンプとしてその強度を保つというものである。
また、本発明の半導体装置は、ボンディングパッドとバンプ間の接触面積は確保され、バンプとボンディングパッド間の接触抵抗は増加しない。
特に、微細なバンプに対して、バンプとボンディングパッドとの間の接触面積が十分確保できることから、バンプとボンディングパッドの接着強度は低下しない。
バンプのコアである第１の金属とボンディングパッドとが直接接続していないため、その形成過程においても圧縮応力がボンディングパッドに伝達されないために、第１の金属をメッキ法で作成することができる。これによって、第１の金属と第２の金属とは連続したメッキ法で形成することができるため、製造工程を簡略化することができる。
以上のように、本発明の半導体装置は従来にはない優れた効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最適な形態の半導体装置の構造とその製造方法とを説明する。なお、従来技術と同一の構成には同一の番号を付与しており、詳細な
説明は省略する。
【００２９】
[第１の実施の形態の構造説明：図１]
まず、図１を用いて本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態半導体装置の断面図である。１１は半導体基板、１２は絶縁膜、１３はボンディングパッド、１４はパッシベーション膜、１５は共通電極膜、１６は第１の金属、１７は第２の金属、１８は開口部であり、１９はバンプである。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、図１に示すように、半導体基板１１と所望の位置に形成されたボンディングパッド１３とが絶縁膜１２によって電気的に絶縁されている。
半導体基板１１の上には、パッシベーション膜１４が形成されている。パッシベーション膜１４は、バンプ１９が形成される箇所に開口部１８が設けてある。
さらに、第１の金属１６と第２の金属１７とをメッキ法で形成する際の共通電極膜１５が成膜してある。
【００３１】
ボンディングパッド１３の上部に形成されたバンプ１９は、第１の金属１６と第２の金属１７とを有している。第２の金属１７は、第１の金属１６の周囲を切れ目無く覆うように設けている。ボンディングパッド１３とバンプ１９との接続は、共通電極膜１５を介して第２の金属１７でなされている。第１の金属１６とボンディングパッド１３との間に第２の金属１７があり、第１の金属１６とボンディングパッド１３とは直接接続されていない。これが本発明の構造上の特徴である。バンプ１９の外形形状は段差および凹凸のないなめらかなキノコ型をしている。
【００３２】
第１の金属１６と第２の金属１７とは、融点の異なる金属を用いており、第２の金属１７の融点は第１の金属１６の融点に比べ低い。本発明の第１の実施の形態では、第１の金属１６を銅、第２の金属１７を共晶ハンダとしている。
【００３３】
本発明の半導体装置の特徴は、第１の金属１６を共通電極膜１５を介し直接ボンディングパッド１３に接続していない点である。このような構成とすることによって、第１の金属１６の圧縮応力をボンディングパッド１３に伝えることを防止することができる。すなわち、ボンディングパッド１３の下部の半導体基板１１に発生するクラックを防止することができる。
【００３４】
ボンディングパッド１３とバンプ１９とは、第２の金属１７と共通電極膜１５を介して開口部１８で接続されている。開口部１８は突起や段差のない一様な形状であるために、バンプ１９とボンディングパッド１３との接触抵抗は低下しない。
さらに、ボンディングパッド１３の上部には共通電極膜１５があるだけなので、十分な接触面積が確保される。したがって、バンプ１９とボンディングパッド１３との接着強度の低下はない。
【００３５】
第１の金属１６と第２の金属１７とは、後述する製造方法にて詳しく述べるが、連続メッキ法で形成する。このため、ボンディングパッド１３の開口部１８の面積や形状によらず形成できるため、ボンディングパッド１３が微細化してもバンプ１９とボンディングパッド１３との間の接触抵抗の増加や接着強度の低下はない。つまり、微細化した半導体装置に適用することができる。
【００３６】
[第１の実施の形態の製造方法の説明：図２〜図５]
本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を図２から図５の断面図を用いて説明する。図２から図５は、バンプ１９を製造する方法を具体的に示す断面図である。
【００３７】
まず、図２に示すように、半導体基板１１上に絶縁膜１２を設ける。絶縁膜１２は、半導体基板１１とボンディングパッド１３とが電気的に絶縁させるために設ける膜であり、知られている常圧ＣＶＤ法を用いて、リンとボロンとをドーピングしたガラス膜である。
【００３８】
次に、絶縁膜１２の上にアルミニウムを主原料とする金属膜をスパッタ法を用いて成膜し、知られているホトリソ技術とエッチング技術とを用いて、ボンディングパッド１３を形成する。ボンディングパッド１３は、半導体基板１１上に形成する半導体素子による回路（図示せず）と電気的に接続されている。
【００３９】
さらに、半導体基板１１上に形成された半導体素子を保護するために、知られている減圧ＣＶＤ法を用いて、パッシベーション膜１４を成膜する。パッシベーション膜１４としては、リンをドーピングしたシリコンガラス膜とシリコン窒化膜からなる２層膜を用いる。
ボンディングパッド１３の上部にパッシベーション膜１４がオーバーハングするように、知られているホトリソ技術とエッチング技術とを用いて、開口部１８を形成する。開口部１８はボンディングパッド１３よりやや小さく形成する。
【００４０】
次に、図３に示すように、半導体基板１１の上部に共通電極膜１５を知られているスパッタ法を用いて成膜する。共通電極膜１５は、のちにメッキ法で形成される第１の金属１６と第２の金属１７との共通電極として用いる。本発明の第１の実施の形態では、共通電極膜１５は、チタンタングステン（ＴｉＷ）と銅（Ｃｕ）との２層膜を用いた。
【００４１】
次に、感光性樹脂２１を半導体基板１１上に成膜し、開口部１８よりやや広く開口するように感光性樹脂２１をホトリソ技術を用いてパターニングする。
【００４２】
次に、知られているメッキ法を用いて、第１の金属１６と第２の金属１７とを積層して形成する。はじめに、第２の金属１７を所望の厚みに形成する。第２の金属１７の膜厚が第１の金属１６と共通電極膜１５との間隙となる。したがって、半導体装置を実装基板に実装する際の設計や仕様に応じて、第２の金属１７の膜厚を自由に選ぶことができる。次に、第１の金属１６を所望の厚みに形成し、さらに、第２の金属１７を所望の厚みに形成する。第１の金属１６と第２の金属１７とを積層して形成する工程はメッキ法を用いて連続して行う。
【００４３】
第２の金属１７としては、低融点の金属が望ましい。本発明の第１の実施の形態では、共晶ハンダを用いた。なお、共晶ハンダの融点は１８４℃である。
もちろん、スズを主原料とし他原子を含む低融点金属であれば良く、メッキ法で形成できる金属であれば共晶ハンダに限らない。例えば、鉛を含まない、スズと銀を主成分とする鉛レスハンダなどである。
【００４４】
第１の金属１６は、第２の金属１７より融点が高い金属が望ましい。本発明の第１の実施の形態では、銅を用いた。なお、銅の融点は１０８３℃であり、共晶ハンダの融点より高い。
もちろん、第１の金属１６は、第２の金属１７より融点が高い金属であれば良く、メッキ法で成膜できる金属であれば、金属単体でも２種類以上の多金属でも良い。例えば、ニッケル、高融点ハンダなどがある。
【００４５】
次に、図４に示すように、感光性樹脂２１を剥離剤を用いて除去したのち、第１の金属１６と第２の金属１７とをマスクとして、共通電極膜１５を知られているエッチング技術を用いて除去する。この工程により、共通電極膜１５は第１の金属１６と第２の金属１７
の下部にのみに残る。
【００４６】
次に、フラックス（図示せず）を半導体基板１１表面に全面塗布したのち、第２の金属１７の融点以上の温度雰囲気にさらす。本発明の第１の実施の形態では、リフロー炉を用いて、２４０℃の雰囲気にさらした。
第２の金属１７は、融解して液状になり第１の金属１６を覆う。第２の金属１７の表面張力によって球形になるとともに、第１の金属１６の全周にわたり切れ目無く覆う。
フラックスを有機溶剤で洗浄したのち乾燥させると、図１に示すようなキノコ型のバンプ１９が形成される。
【００４７】
[第１の実施の形態の実装時の説明：図５]
本発明の第１の実施の形態の半導体装置と実装基板とを実装した場合を図を用いて説明する。図５は本発明の第１の実施の形態の半導体装置を実装基板に実装した場合の断面図である。図１から図４を用いて説明した構成と同一の構成には同一の番号が付与されているので説明は省略する。５１は実装基板、５２は実装パッド、５３はソルダーレジストある。実装基板５１には、実装パッド５２が形成されており、ソルダーレジスト５３が実装パッド５２にオーバーハング形状で形成されている。
【００４８】
本発明の第１の実施の形態の半導体装置を実装基板１１に接続する方法は次に示すような工程で行う。まず、実装基板１１にフラックスを塗布したのち、本発明の第１の実施の形態の半導体装置をフェイスダウンで載せ、バンプ１９と実装パッド５２とが重なるようにアライメントを行う。
次に、第２の金属１７の融点以上の温度のリフロー炉に入れて、第２の金属１７を溶かす。溶けた第２の金属１７は実装パッド５２に濡れ拡がり、冷却後、半導体装置と実装基板５１とは接続される。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態では、第２の金属１７に共晶ハンダを用いたため、２４０℃の温度で接続を行った。図５に示すように、第２の金属１７は、半導体装置と実装基板とが接続された後にも第１の金属１６の周囲を囲むように形成されており、第１の金属１６がボンディングパッド１３と実装パッド５２とに直接接続されてはいない。
【００５０】
第１の金属１６はメッキ法で形成する過程で圧縮応力を持つが、ボンディングパッド１３および実装パッド５２と直接接続されていないため、直接、圧縮応力を伝えることはない。すなわち、第２の金属１７により第１の金属１６の圧縮応力を緩和しているのである。したがって、半導体基板１１にクラックは発生しない。
【００５１】
また、半導体装置を実装基板５１に接続する際の熱膨張係数の違いによる応力は、第２の金属１７は冷え固まる際にそのストレスを緩和するため、熱膨張率の差による応力を直接ボンディングパッド１３に伝えることを防止する。このため、半導体基板１１にクラックを生じさせない。
【００５２】
[第２の実施の形態の構造の説明：図６]
本発明の第２の実施の形態を図を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態を示す半導体装置の断面図である。なお、本発明の第１の実施の形態と同一の構成においては同一の番号を付与しており詳細な説明は省略する。
【００５３】
本発明の第２の実施の形態は、図６に示すように、バンプ１９を構成する第１の金属１６を複数設けている点である。
このように第1の金属１６を複数設けている点を除けば、本発明の第1の実施の形態と同じく第1の金属１６の周囲を第２の金属１７が囲んでいる構造に違いはない。
【００５４】
このような構成とすることによって、本発明の第２の実施の形態は本発明の第１の実施の形態よりさらに、半導体装置の実装時の応力を緩和することができる。
すなわち、第１の金属１６を複数設けることによって、第１の金属１６の圧縮応力を分散し、ボンディングパッド１３の一箇所に加わる応力を充分小さくできる。
なお、本発明の第２の実施の形態は、図６に示すように第１の金属１６を３つ並べるように配置している例を示したが、これに限定されるものではない。もちろん、第１の金属１６をあまり小さくしてしまうとコアとしての強度が保たれないが、第１の金属１６の大きさや配置は、ボンディングパッド１３の大きさや形状を鑑みて自由に変えることができる。
【００５５】
[第２の実施の形態の製造方法の説明：図７〜図１０]
図６に示した本発明の第２の実施の形態の製造方法を図７から図１０の断面図を用いて説明する。図７から図１０は、本発明の第２の実施の形態の半導体装置のバンプ１９を製造する方法を具体的に示す断面図である。なお、本発明の第１の実施の形態の製造方法で説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
【００５６】
半導体基板１１上に絶縁膜１２とボンディングパッド１３とパッシベーション膜１４とを形成する方法に関しては、本発明の第１の実施の形態の製造方法と変わりがないので図２を参照することで説明を省略する。
【００５７】
次に、図７に示すように、半導体基板１１の上部に共通電極膜１５を知られているスパッタ法を用いて成膜する。次に、第１の感光性樹脂として感光性樹脂２１を半導体基板１１上に成膜する。次に、感光性樹脂２１に第１の開口部として開口部１８をパターニングする。
【００５８】
次に、知られているメッキ法を用いて、第２の金属１７を形成する。図７では、第２の金属１７は、感光性樹脂２１と同じ膜厚で形成している。後の工程によって、この第２の金属１７の上部に第１の金属１６が形成されることから、この感光性樹脂２１の膜厚が第１の金属１６と共通電極膜１５との間隙となる。したがって、半導体装置を実装基板に実装する際の設計や仕様に応じて、この感光性樹脂２１の膜厚を自由に選ぶことができる。
もちろん、第２の金属１７の膜厚は、感光性樹脂２１の膜厚より薄く形成してもかまわない。その場合は、第２の金属１７の膜厚が第１の金属１６と共通電極膜１５との間隙となるから、所望の膜厚で形成する。
【００５９】
次に、図８に示すように、第２の感光性樹脂として感光性樹脂２２を第２の金属１７と感光性樹脂２１の上に成膜する。次に、感光性樹脂２２に第２の開口部８１をパターニングする。
【００６０】
次に、知られているメッキ法を用いて、第２の金属１７の上部に、第１の金属１６を所望の形状に形成する。
第１の金属１６は感光性樹脂２２と同じ膜厚まで形成することが望ましいが、感光性樹脂２２の膜厚より厚く形成しても、薄く形成してもかまわない。
第１の金属１６は、本発明の第１の実施の形態と同じく、第２の金属１７より融点が高い金属を用いることが望ましい。
【００６１】
次に、図９に示すように、感光性樹脂２２を剥離剤を用いて除去したのち、第２の金属１７を知られているメッキ法を用いて所望の膜厚で形成する。第２の金属膜１７は第１の金属１６の表面部からメッキ法により等方的に成膜されるため、図９に示すような形状になる。
【００６２】
バンプのコアである第１の金属１６とボンディングパッド１３とが直接接続していないため、第１の金属１６を第２の金属１７上部にメッキ法で作成することができる。これによって、第１の金属と第２の金属とは連続したメッキ法で形成することができる。
【００６３】
次に、図１０に示すように、感光性樹脂２１を剥離剤を用いて除去したのち、第１の金属１６と第２の金属１７とをマスクとして、共通電極膜１５を知られているエッチング技術を用いて除去する。この工程により、共通電極膜１５は第１の金属１６と第２の金属１７の下部にのみに残る。
【００６４】
次に、フラックス（図示せず）を半導体基板１１表面に全面塗布したのち、第２の金属１７の融点以上の温度雰囲気にさらすことで第２の金属１７は融解して液状になり、第１の金属１６を覆う。第２の金属１７の表面張力によって球形になるとともに、第１の金属１６の全周にわたり切れ目無く覆う。
フラックスを有機溶剤で洗浄したのち乾燥させると、図６に示すようなキノコ型のバンプ１９が形成される。
【００６５】
[第２の実施の形態の実装時の説明：図１１]
図１１には、本発明の第２の実施の形態の半導体装置を実装基板に接続した時の断面図を示す。５１は実装基板、５２は実装パッド、５３はソルダーレジストである。
実装基板５１には実装パッド５２が形成されており、ソルダーレジスト５３が実装パッド５２にオーバーハング形状で形成されている。
【００６６】
本発明の第２の実施の形態の半導体装置を実装基板５１に接続する方法は、本発明の第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態においては、第１の金属１６が複数設けているために、半導体装置を実装基板５１に接続する際に、第１の金属１６は第２の金属１７の中で圧縮応力を受けて若干その位置を移動する。図１１では、一例として、バンプ１９の真中にある第１の金属１６よりその左右に位置している第１の金属１６の方が若干実装パッド５２に近い位置になった様子を示している。
【００６７】
すなわち、半導体装置を実装基板５１に接続する際の熱膨張係数の違いによる応力は、第２の金属１７が冷え固まる際に、第１の金属１６を動かす。第１の金属１６がバンプ１９の中でその位置を移動することにより、バンプ１９が受ける圧縮応力を分散し、本発明の第１の実施の形態よりさらに受ける応力を緩和するのである。このため、熱膨張率の差による応力を直接ボンディングパッド１３に伝えることはなく、したがって、半導体基板１１にクラックを生じさせることはない。
【００６８】
以上の説明で明らかなように、本発明の半導体装置は、設置したバンプを構成する第１の金属がボンディングパッドに直接接触していないため、第１の金属が持つ内部応力がボンディングパッドに伝わらない。さらに、ボンディングパッドとバンプ間は第２の金属で接触しているため、実装時に応力が緩和され、ボンディングパッドと実装パッドに大きな応力が伝わらない。
バンプとボンディングパッドの接触面積は十分に確保され、バンプとボンディングパッド間の接触抵抗は増加しない。本発明の製造方法は、第１の金属と第２の金属とをメッキ法で積層して形成するため、微細バンプに対しても応用できる。特に、微細バンプに対して、バンプとボンディングパッドとの間の接触抵抗が高くならず、バンプとボンディングパッドの接着強度が低下しないバンプを形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の半導体装置は、実装時に応力が緩和されることで半導体装置の破壊を防止することができる。さらにバンプとボンディングパッドとの接着強度が低下しないことから、実装時の歩留まりが向上し、半導体装置のコストを低減することができる。したがって、本発明を用いた半導体装置は、コスト削減を要求される量産電子機器に搭載することができる。
また、バンプとボンディングパッドとの接触抵抗が増加しないことから高速動作を要求される電子機器に搭載することもできる。
さらにまた、微細化用途の半導体装置としても好適であり、半導体装置をより小型にすることができる。したがって、本発明を用いた半導体装置は、半導体装置の実装スペースが厳しい小型の電子機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である
【図５】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の実装の様子を説明する断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の実装の様子を説明する断面図である。
【図１２】従来技術の半導体装置を示す断面図である。
【図１３】従来技術の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１１  半導体基板
１２  絶縁膜
１３  ボンディングパッド
１４  パッシベーション膜
１５  共通電極膜
１６  第１の金属
１７  第２の金属
１８  開口部
１９  バンプ
２１  感光性樹脂
２２  感光性樹脂
４０  第１の絶縁膜
４１  第２の絶縁膜
５１  実装基板
５２  実装パッド
５３  ソルダーレジスト
８１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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